Przyczyny i skutki zwarcia

Zwarcie — podłączenie źródła pola elektromagnetycznego do obciążenia, którego rezystancja jest bardzo mała w porównaniu z rezystancją wewnętrzną źródła.

Prąd zwarciowy jest określony tylko przez rezystancję wewnętrzną źródła r, tj. ik = E / r, gdzie E jest polem elektromagnetycznym źródła.

Zazwyczaj Źródła pola elektromagnetycznego nie są przystosowane do dużych prądów występujących podczas zwarcia, w źródle wytwarzana jest bardzo duża ilość ciepła, co może doprowadzić do zniszczenia i śmierci źródła. Zwarcie jest szczególnie niebezpieczne dla źródeł o małej mocy opór wewnętrzny (akumulatory, samochody elektryczne itp.).

Tak więc zwarcie występuje, gdy dwa przewody obwodu są połączone, podłączone do różnych zacisków (na przykład w obwodach prądu stałego są to „+” i „-”) źródła przez bardzo małą rezystancję, która jest porównywalna z rezystancja samych drutów.

Prąd zwarciowy może wielokrotnie przekraczać prąd znamionowy w obwodzie. W takich przypadkach obwód musi zostać przerwany, zanim temperatura przewodów osiągnie niebezpieczne wartości.

Aby chronić przewody przed przegrzaniem i zapobiec zapaleniu się otaczających przedmiotów, w obwodzie znajdują się urządzenia zabezpieczające — bezpieczniki Lub wyłączniki automatyczne.

Zwarcia mogą również wystąpić przy przepięciach w wyniku burz, bezpośrednich uderzeń piorunów, mechanicznych uszkodzeń elementów izolacyjnych, niewłaściwych działań personelu serwisowego.

W przypadku zwarcia prądy zwarciowe gwałtownie rosną, a napięcie spada, co stanowi duże zagrożenie dla urządzeń elektrycznych i może spowodować przerwy w dostawie prądu do odbiorców.

Zobacz też: Jak działa i działa zabezpieczenie przeciwzwarciowe

Zwarcia to:

• trójfazowy (symetryczny), w którym wszystkie trzy fazy są zwarte;

• dwufazowy (niesymetryczny), w którym tylko dwie fazy są zwarte;

• dwufazowy do uziemienia w systemach z przewodami neutralnymi uziemionymi na stałe;

• jednofazowe asymetryczne uziemione punkty zerowe.

Prąd osiąga swoją maksymalną wartość przy zwarciu jednofazowym. W wyniku zastosowania specjalnych sztucznych środków (na przykład uziemienie przewodów neutralnych przez reaktory, uziemiając tylko część przewodów neutralnych), maksymalna wartość jednofazowego prądu zwarciowego może zostać zredukowana do wartości trójfazowego prądu zwarciowego, dla którego najczęściej wykonuje się obliczenia.

Przyczyny zwarcia

Główną przyczyną zwarć są zakłócenia izolacja urządzeń elektrycznych.

Awarie izolacji są spowodowane przez:

1. Przepięcia (szczególnie w sieciach z izolowanym punktem zerowym),

2. Bezpośrednie uderzenie pioruna,

3. Starzejąca się izolacja,

4.Mechaniczne uszkodzenia izolacji, przejazdy pod przewodami przewymiarowanych mechanizmów,

5. Nieodpowiednia konserwacja sprzętu.

Często przyczyną uszkodzeń w części elektrycznej instalacji elektrycznych jest niewykwalifikowane działanie personelu serwisowego.

Celowe zwarcie

Przy stosowaniu uproszczonych schematów połączeń podstacji obniżających napięcie stosuje się specjalne urządzenia — zwarciaktóre tworzą zamierzone zwarcie w celu szybkiego przerwania wynikającej z tego usterki. Tak więc oprócz przypadkowych zwarć w systemach elektroenergetycznych występują również zwarcia celowe spowodowane działaniem zwarcia.

Konsekwencje zwarcia

W wyniku zwarcia dochodzi do znacznego przegrzania części czynnych, co może doprowadzić do przebicia izolacji, jak również pojawienia się dużych sił mechanicznych, które przyczyniają się do zniszczenia części instalacji elektrycznej.

W takim przypadku normalne zasilanie konsumentów w nieuszkodzonych odcinkach sieci zostaje zakłócone, ponieważ tryb awaryjny zwarcia w jednej linii prowadzi do ogólnego spadku napięcia. W miejscu zwarcia sprzężenie staje się zerowe, a we wszystkich punktach aż do punktu zwarcia napięcie gwałtownie spada i normalne zasilanie nieuszkodzonych linii staje się niemożliwe.

Gdy w systemie elektroenergetycznym występują zwarcia, jego całkowita rezystancja maleje, co prowadzi do wzrostu prądów w jego gałęziach w stosunku do prądów w trybie normalnym, a to powoduje spadek napięcia w poszczególnych punktach systemu elektroenergetycznego, który jest szczególnie duży w pobliżu punktu zwarcia.Stopień redukcji napięcia zależy od operacji urządzenia do automatycznej regulacji napięcia i odległość od miejsca uszkodzenia.

W zależności od miejsca wystąpienia i czasu trwania zwarcia, jego skutki mogą mieć charakter lokalny lub dotyczyć całego systemu zasilania.

Przy dużej odległości zwarcia wartość prądu zwarciowego może stanowić tylko niewielką część prądu znamionowego agregatów prądotwórczych, a wystąpienie takiego zwarcia odbierane jest przez nie jako niewielki wzrost obciążenia .

Silny spadek napięcia występuje tylko w pobliżu miejsca zwarcia, podczas gdy w innych punktach systemu elektroenergetycznego spadek ten jest mniej zauważalny. Dlatego w rozważanych warunkach niebezpieczne skutki zwarcia manifestują się tylko w częściach układu zasilania znajdujących się najbliżej miejsca wypadku.

Prąd zwarciowy, choć niewielki w porównaniu z prądem znamionowym generatorów, jest zwykle wielokrotnie większy od prądu znamionowego gałęzi, w której występuje zwarcie. Dlatego nawet przy krótkotrwałym przepływie prądu zwarciowego może powodować dodatkowe nagrzewanie elementów przewodzących prąd i przewodów powyżej dopuszczalnego poziomu.

Prądy zwarciowe powodują powstawanie dużych sił mechanicznych między przewodami, które są szczególnie duże na początku procesu zwarciowego, kiedy prąd osiąga swoją maksymalną wartość. Jeśli wytrzymałość drutów i ich mocowań jest niewystarczająca, może dojść do uszkodzeń mechanicznych.

Nagły, głęboki spadek napięcia zwarciowego wpływa na wydajność odbiorników.Przede wszystkim dotyczy to silników, ponieważ nawet przy krótkotrwałym spadku napięcia o 30-40% mogą się zatrzymać (silniki się przewracają).

Przewrócenie się silnika ma poważny wpływ na pracę zakładu przemysłowego, ponieważ przywrócenie normalnego procesu produkcyjnego zajmuje dużo czasu, a nieoczekiwane wyłączenie silników może spowodować wadę produktu zakładu.

Przy niewielkiej odległości i wystarczającym czasie trwania zwarcia może dojść do utraty synchronizmu między stacjami równoległymi, tj. zakłócenie normalnej pracy całej instalacji elektrycznej, co jest najgroźniejszą konsekwencją zwarcia.

Niesymetryczne układy prądowe powstające w wyniku zwarć doziemnych są w stanie wytworzyć strumienie magnetyczne wystarczające do indukowania znacznych pól elektromagnetycznych w sąsiednich obwodach (liniach komunikacyjnych, rurociągach), które są niebezpieczne dla personelu obsługi i sprzętu w tych obwodach.

Dlatego konsekwencje zwarcia są następujące:

1. Mechaniczne i termiczne uszkodzenia urządzeń elektrycznych.

2. Pożar w instalacjach elektrycznych.

3. Spadek poziomu napięcia w sieci elektrycznej, prowadzący do spadku momentu obrotowego silników elektrycznych, ich zatrzymania, spadku wydajności lub nawet do wywrócenia się.

4. Utrata synchroniczności poszczególnych generatorów, elektrowni i części systemu elektroenergetycznego oraz występowanie awarii, w tym awarii systemowych.

5. Wpływ elektromagnetyczny na linie komunikacyjne, komunikację itp.

Do czego służą obliczenia prądów zwarciowych?

Zwarcie w obwodzie powoduje w nim proces przejściowy, podczas którego prąd można rozpatrywać jako sumę dwóch składowych: harmonicznej wymuszonej (okresowej, sinusoidalnej) ip oraz swobodnej (aperiodycznej, wykładniczej) ia. Swobodny składnik maleje ze stałą czasową Tc = Lc / rc = xc /? Rc w miarę zanikania stanu nieustalonego. Maksymalna chwilowa wartość iu całkowitego prądu i nazywana jest prądem uderzeniowym, a stosunek tego ostatniego do amplitudy Iπm nazywany jest współczynnikiem uderzeniowym.

Obliczanie prądów zwarciowych jest niezbędne do prawidłowego doboru urządzeń elektrycznych, projektowania ochrona przekaźników i automatyka, dobór środków ograniczania prądów zwarciowych.

Zwarcia (SC) zwykle występują w wyniku przejściowych rezystancji — łuków elektrycznych, ciał obcych w miejscu zwarcia, wsporników i ich uziemienia, a także rezystancji między przewodami fazowymi a ziemią (na przykład, gdy przewody spadają na ziemię). Dla uproszczenia obliczeń przyjmuje się, że poszczególne rezystancje przejściowe, w zależności od rodzaju uszkodzenia, są sobie równe lub równe zeru (zwarcie „metaliczne” lub „tępe”).

Zobacz też:Prąd zwarciowy, który określa wielkość prądu zwarciowego